Kalorimetrija un siltuma plūsma: strādājušās ķīmijas problēmas

Kalorimetrija ir siltuma pārneses un stāvokļa izmaiņu izpēte ķīmisku reakciju, fāžu pāreju vai fizikālu izmaiņu rezultātā. Siltuma izmaiņu mērīšanai izmantotais rīks ir kalorimetrs. Divi populāri kalorimetru veidi ir kafijas tases kalorimetrs un bumbas kalorimetrs.

Šīs problēmas parāda, kā aprēķināt siltuma pārnesi un entalpijas maiņa izmantojot kalorimetru datus. Risinot šīs problēmas, pārskatiet sadaļas par kafijas tase un bumbas kalorimetrija un termoķīmijas likumi.

Kafijas tases kalorimetrā tiek veikta šāda skābes bāzes reakcija:

• H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O (l)

110 g ūdens temperatūra paaugstinās no 25,0 C līdz 26,2 C, kad 0,10 mol H⁺ reaģē ar 0,10 mol OH^-.

• Aprēķināt q_ūdens
• Aprēķiniet ΔH reakcijai
• Aprēķina ΔH, ja 1,00 mol OH^- reaģē ar 1,00 mol H⁺

Izmantojiet šo vienādojumu:

• q = (īpašs karstums) x m x Δt

Kur q ir siltuma plūsma, m ir masa gramos, un Δt ir temperatūras izmaiņas. Pievienojot problēmā norādītās vērtības, tiek iegūts:

• q_ūdens = 4,18 (J / g · C;) x 110 g x (26,6–25,0 C)
• q_ūdens = 550 J
• ΔH = - (q_ūdens) = - 550 J

Jūs zināt, ka tad, kad 0,010 mol H⁺ vai OH^- reaģē, ΔH ir - 550 J:

• 0,010 mol H⁺ ~ -550 J

Tāpēc 1,00 mol H⁺ (vai OH^-):

• ΔH = 1,00 mol H⁺ x (-550 J / 0,010 mol H⁺)
• ΔH = -5,5 x 10⁴ Dž
• ΔH = -55 kJ

• 550 J (Pārliecinieties, ka jums ir divi nozīmīgi skaitļi.)
• -550 J
• -55 kJ

Kad 1000 g raķešu degvielas hidrazīna parauga, N₂H₄, tiek sadedzināts bumbas kalorimetrā, kas satur 1200 g ūdens, temperatūra paaugstinās no 24,62 C līdz 28,16 C. Ja bumbas C ir 840 J / C, aprēķiniet:

• q_reakcija 1 grama parauga sadedzināšanai
• q_reakcija viena mola hidrazīna sadedzināšanai bumbas kalorimetrā

Bumbas kalorimetram izmantojiet šo vienādojumu:

• q_reakcija = - (qwater + qbomb)
• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x ūdensūdens x Δt + C x Δt)
• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x m ūdens + C) Δt

Kur q ir siltuma plūsma, m ir masa gramos, un Δt ir temperatūras izmaiņas. Problēmā norādīto vērtību pievienošana:

• q_reakcija = - (4,18 J / g · C x 1200 g + 840 J / C) (3,54 C)
• q_reakcija = -20,700 J vai -20,7 kJ

Tagad jūs zināt, ka uz katru sadedzināto hidrazīna gramu izdalās 20,7 kJ siltuma. Izmantojot periodiskā tabula dabūt atomu svari, aprēķina, ka viena mol hidrazīna, N₂H₄, svars 32,0 g. Tāpēc viena mola hidrazīna sadedzināšanai:

• q_reakcija = 32,0 x -20,7 kJ / g
• q_reakcija = -662 kJ

• -20,7 kJ
• -662 kJ